音乐的基本表达在线视频

同学们大家好

欢迎回到计算机音乐的课堂

这节课我们将真正地进入到理论内容

来介绍音乐的表达形式

音乐的表达形式有很多种

其中计算机音乐最关心的形式有三种

那么分别是

纸质的乐谱形式

数字的符号形式

以及音频的形式

其中纸质形式的乐谱

就是我们平时演奏音乐所使用的乐谱

它是一种音乐的符号记录

有了乐谱之后呢

我就知道应该演奏什么音符

用什么方式进行演奏

那么在计算机当中呢

纸质的乐谱通常是通过扫描

或者拍照的形式

转换成数字图像进行存储的

而数字符号表达形式

则可以认为是纸质乐谱的一种数字形式

当我们将纸质乐谱进行扫描

或者拍照

存到计算机之后

其实计算机并不知道乐谱上有什么样的内容

因此

数字符号形式主要的任务就是把

跟音乐相关的要素进行存储

比如说音高时值等等

它是具有明确的计算机语义的

并且这些数据呢

可以方便地在计算机之间进行传递

而音频形式的表达呢

跟符号表达则是完全不一样的

它是从物理振动的层面对

音乐的载体声音

进行记录的

那么这种形式呢

早在计算机发明之前就已经存在

只不过在计算机当中

是通过对振动波形进行编码来进行存储的

那让我们来具体看一下纸质的乐谱表达

如前面所述

纸质乐谱是一种符号化的音乐记录

它用图形的形式记录了

音符的音高和时值

甚至还记录了速度

节拍

强弱

演奏记号等等

那么它为演奏者提供了细致的方向

但是每位演奏者

又可以在乐谱的基础之上呢

做适度的即兴处理

在这幅图里我们看到的就是五线谱

纸质乐谱表达一种

基本的形式

在五线谱里面

我们在基本的谱线上放置音符

音符所在的位置就对应它的音高

它的形状就对应它的时值

除此之外

我们还会有速度的记号

以及节拍的记号

还有强度的记号

在我们的课程当中虽然会使用到乐谱

但是并不会使用到复杂的乐理知识

因此没有任何乐理基础的同学

在这里也不要害怕

同时我们在课外读物里面也提供了

基本的乐理的课本

供大家进行扩展的阅读

在这里我们只需要有一个基本的认识

就是音符的两个最重要属性

音高和时值就够了

在数字符号表达形式当中

我们就需要对纸质形式的乐谱

进行要素的编码

让它具有明确的计算机语义

并且可以以数字的形式进行存储

从而可以在计算机之间进行通讯

严格来说

虽然纸质的乐谱通过扫描之后

也是计算机存储的一种方式

但是计算机并不能识别里面的内容

而且如果我们对声音进行录制

变成了数字音频之后呢

我们同样是不知道声音当中

是具有哪些音符的

因此这两种形式我们都不认为是

数字符号表达的形式

目前最流行的一种数字符号表达形式

就是musicxml

通过xml语言

我们可以用标签的形式

对音符的音高时值等等要素进行编码

这种有层次的结构

在计算机程序设计当中

处理起来是非常的方便的

如前面所述

音乐的数字符号表达形式其实最早来自

打孔的卷纸乐谱

配合自动演奏钢琴呢

我们就可以用卷纸乐谱中的孔

带动联动的机械装置

从而实现钢琴的自动演奏

如果我们只关注音符的

音高和时值

那么这些音符就可以看成

是部署在时间轴上的线段

每一根线段的高度代表每个音符的音高

而每一根线段的长度则代表每个音符的时值

从而跟纸质乐谱中的音符

就可以产生一一对应的关系

这种形式的表达

在计算机程序当中就可以用数组来表示

MIDI的格式就是

卷纸打孔乐谱的数字实现形式

MIDI的全称是

Musical instrument digital interface

数字乐器接口

但它实际上是一种

用于控制数字乐器的协议

那么这些控制乐器的消息

也叫做MIDI消息

在计算机里面

我们实际上是通过MIDI文件形式

来存储这些MIDI消息的

在接下来这幅图里面我们可以看到

MIDI文件在计算机中的存储格式

MIDI文件是由MIDI消息组成的

这里每一行就是一个MIDI消息

在对应MIDI消息里面呢我们可以看到

这里MIDI消息所属的频道

以及它的音高

我们用一个Note Number来表示

一个音高的符号

除此之外我们还可以记录它的强度

一条MIDI消息就记录了

一个音符的开始或者结束

那么通过这两种MIDI消息呢

我们就可以

反过来去解释这里面的每一个音符

从而用数组的形式表示出来

与符号表达相对应的音乐形式

就是音频的表达

音频表达直接记录声音本身

物体在振动时候呢

在它的周围会产生高低不一的气压

也就是声波

通过录音设备我们可以把

这个声波的气压记录下来

并且转换成电信号

在振动的空气当中

比较密集的地方将会产生高气压

通过话筒捕捉下来的电信号就会比较强

对于比较稀疏的地方产生低气压

通过话筒捕捉下来的信号就会比较弱

这样我们就可以把物理上的声波

通过电压的变化记录下来

那么这样我们就得到了声音的音频的形式

也就是电压和时间的二元关系

如果声音的振动是周期的

记录下来的电信号也将是周期的

我们就可以计算

电压从0点到峰值之间的距离

来计算出这个震动的峰值

同时也可以去计算两个峰值之间的

时间差距来算出它的周期

从而通过周期来计算它的频率

这些都是初中学过的物理知识了

那么到了计算机里面之后呢

因为计算机只能存储离散的数值

而不能存储连续的数值

因此

我们就需要进一步进行离散化的处理

那么这个过程我们也把它叫做数字化

数字化过程一般来说

分为两个步骤

那么首先我们需要在时间轴上面

进行离散化

也就是使用一些距离相等的格子

对时间轴进行分割

这样一个过程我们也叫做采样

其中

每秒长度的格子的数量

我们也叫做采样率

那么一般我们会用

44100hz来进行采样

那么在纵向上

我们需要对振幅也进行分割

那么这个过程也叫做量化

一般说量化深度表示量化的细致程度

N位的量化深度呢

表示的是

用-2的n-1次方到2的n-1次方

这些整数来进行振幅的存储

因此在音频表达中

数字化的音频实际上是

连续的波形

转换成了离散的数列

这个过程主要是通过采样和量化来实现的

那我们在平时使用的CD格式里面

一般使用的是44100hz

16位的量化深度是两个声道的

而电话里面用的音频要求

就没有这么高

一般使用的是8000hz

8位的量化深度

让我们来稍作小节

在计算机音乐当中

我们其实最关心的音乐表达形式有三种

它们分别是纸质乐谱表达

数字符号表达

和音频表达

那么其中右边的这一块

是建立在音乐的时间上的虚拟领域

而从纸质乐谱到数字符号的转换呢

是计算机音乐里面的重要课题

也叫做纸质乐谱识别OMR

但是因为这里面涉及到

图像处理的知识

因此我们课程不打算详细的介绍

相比之下我们的重点是

左边的这一块

在物理时间里的声学领域

那么也就是有关数字符号表达

和音频表达的互相转换

这将会涉及到后面的两个重要课题

音频同步和音频合成

那么以上就是有关音乐表达的介绍

后面的课程我们会紧紧的围绕音乐的

音频表达形式和数字符号形式进行展开

敬请期待